【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め装置等の電子機器の駆動子として使用される超音波モータ用駆動子に関するもので、特に、磁場の発生を極端に嫌う電子ビーム描画装置、磁気センサ、振動試料型磁力計等に適用することが可能な超音波モータ用駆動子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二つの超音波振動子を組み込んだ駆動子を複数設けることによって可動子としてのロータを回転させる超音波モータがある。駆動子の固有振動モードとしては、横振動モードと縦振動モードとがある。この二つの振動モードの共振周波数を一致させることによって、二つの振動モードは縮退する。よって、このような縮退を生じる共振周波数で、各超音波振動子に異なる位相の電圧をかけると、二つの超音波振動子の変位を合成する駆動子の先端部は、楕円運動を行う。そして、このような複数の駆動子はロータの外周部に当接可能に配置されており、各駆動子の楕円運動による駆動力がロータに伝達されてロータが回転する。
（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１５２６７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置の高度集積化は目を見張るものがあり、特に、超ＬＳＩの製造装置のカギを握る電子ビーム描画装置は、急速な進歩を遂げつつある。
ここで、電子ビーム描画装置とは、電子銃から発生した電子ビームを磁界の作用を利用した電子レンズを用いて半導体ウェハ上に照射して、例えば解像度１００ｎｍ以下という超微細な回路パターンを描画する装置である。この装置のウェハステージの移動機構として上述した超音波モータ用駆動子を適用することが検討されている。
しかし、従来の超音波モータ用駆動子の構成部材は、ステンレス等の鋼材が使用され磁性を有しているため前記した電子レンズの磁界に悪影響を与え、解像度を高められないという課題があった。
また、磁場の発生を嫌う磁気センサ、振動試料型磁力計等に適用する超音波モータ用駆動子としても用いることができないという課題があった。
したがって、本発明の目的は磁場の発生を極端に嫌う電子ビーム描画装置、磁気センサ、振動試料型磁力計等に適用することが可能な超音波モータ用駆動子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の超音波モータ用駆動子は以下の構成を特徴とする。
【０００６】
即ち、所定角度で交差するように配置された先端部が結合部材により相互に結合された二つのランジュバン型振動子を具備する超音波モータ用駆動子であって、前記結合部材と、前記二つのランジュバン型振動子を連結する保持部材と、前記ランジュバン型振動子を構成するハウジング部材と、前記ランジュバン型振動子を構成する圧電素子をボルト締めするボルト部材と、が比透磁率１．００１以下の非磁性体からなることを特徴とする。
【０００７】
好適な実施形態において、前記非磁性体がチタニウム、チタンを主成分とするチタン合金、リン青銅、ベリリウム銅、アルミニウム、アルミニウム合金、セラミックスから選ばれる一種以上の材料からなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る超音波モータの可動子や駆動子の配置態様や、駆動力の伝達態様などは、前述した特開２０００−１５２６７１号公報に開示した技術と同様である。
ここで、移動を行うための可動子を直線的な移動を行うためのリニア可動子とし、その外側面に駆動子を配置すれば、例えば、前述したウェハステージの移動機構の駆動を行う超音波モータとして使用することができる。
【０００９】
図１に、本発明の実施の形態に係る超音波モータ用駆動子の模式的な平面図を示す。
駆動子１は、所定角度（本実施の形態では９０度）で交差するように配置され先端部が相互に結合された二つのランジュバン型振動子３を備える。各振動子３は、超音波領域の電圧をかけられ該電圧に応じて伸縮する圧電素子３ａをその軸心部に備える。ランジュバン型振動子を構成する各圧電素子３ａは円環状の形状を有しており、各圧電素子３ａの中央の穴にはボルト部材５が挿入されている。ボルト部材５は、両端に雄ねじ部５ａ，５ｂを有するロッド状部材である。各ボルト部材５の後端５ａには、ランジュバン型振動子を構成するナット状ハウジング部材７が螺合されている。ランジュバン型振動子を構成する各ナット状ハウジング部材７は、その外面が円柱状に形成され、その内側には、対応する雄ねじ部５ａ，５ｂと螺合する雌ねじ部を有する。さらに、各ナット状ハウジング部材７と、それに対応する圧電素子３ａとの間には、保持部材９が取り付けられている。保持部材９は、両端部に対応するボルト部材５が挿入される穴を有しており、二つの超音波振動子３を、相互に軸心Ａ１，Ａ２が直交する関係となるように支持する。
【００１０】
一対のボルト部材５の前端５ｂには、結合部材１１が取り付けられている。ここで、結合部材１１は、二つの超音波振動子３の変位を合成することによって得られる駆動力を図示省略するリニア可動子に伝達するものであり、一つの合成部１３と、その合成部１３から左右にＶ字状に振り分けられるように配置された二つの先細り部１５及び二つの変位受け部１７とから構成される。
【００１１】
各変位受け部１７は、対応する圧電素子３ａの変位方向すなわち対応する軸心Ａ１，Ａ２方向に亙って横断面積Ｓ２が一定である角柱状部分であり、対応する圧電素子３ａの変位を受ける部分である。さらに、各先細り部１５は、変位受け部１７の変位出力方向下流側に設けられた部分であって、合成部１３に向けて軸心横断面積が減少する形状を有する。これら一対の変位受け部１７及び先細り部１５の内部には、ボルト部材５の前端５ｂと螺合する雌ねじ部が形成されている。さらに、一対の先細り部１５の変位出力方向下流側には、これら先細り部１５を連結し図示しないリニア可動子と接触しうる合成部１３がある。
【００１２】
本発明においては、所定角度で交差するように配置された先端部が結合部材により相互に結合された二つのランジュバン型振動子を具備する超音波モータ用駆動子であって、前記結合部材１１と、前記二つのランジュバン型振動子を連結する保持部材９と、前記ランジュバン型振動子を構成するハウジング部材７と、前記ランジュバン型振動子を構成する圧電素子をボルト締めするボルト部材５と、が比透磁率１．００１以下の非磁性体からなることを特徴とする超音波モータ用駆動子を提案している。
【００１３】
その理由は、前記した各部材を比透磁率が１．００１を越えた鋼材等の磁性体で構成した超音波モータ用駆動子を用いると上述した電子ビームが磁場の影響を受けて解像度を高められなくなり、また磁気センサや振動試料型磁力計に悪影響を与えるため好ましくないからである。
【００１４】
ここで、非磁性体とする例としては、チタニウム、チタンを主成分とするチタン合金、リン青銅、ベリリウム銅、アルミニウム、アルミニウム合金、セラミックスから選ばれる一種以上の材料からなることが好ましい。
【００１５】
また、特に好ましい形態としては、非磁性体がチタニウムであることが好ましい。その理由は、チタニウムが耐食性に優れ、不純物の混在を制御することにより透磁率１．０００１という非磁性体となることから磁場の発生を極端に嫌う電子ビーム描画装置、磁気センサ、振動試料型磁力計等に適用するのに特に好ましいからである。
【００１６】
以下に、本発明を比較例と実施例を例示して詳細に説明する。
【００１７】
（比較例）
図１にて説明した、超音波モータ用駆動子の各構成部材をステンレス製（ＳＵＳ３０３：比透磁率１．０４）として電子ビーム描画装置のウェハステージの移動機構として用い、解像度８０ｎｍを要求される超微細な回路テストパターンを描画した。その結果、得られた回路パターンの歩留まりは３５％以下と低かった。
【００１８】
（実施例）
図１にて説明した、結合部材と、振動子を連結する保持部材と、ハウジング部材と、圧電素子をボルト締めするボルト部材とを比透磁率１．０００１のチタニウムにより構成した超音波モータ用駆動子を電子ビーム描画装置のウェハステージの移動機構として用い、解像度８０ｎｍを要求される超微細な回路テストパターンを描画した。その結果、得られた回路パターンの歩留まりは９５％以上と高かった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、磁場の発生を極端に嫌う電子ビーム描画装置、磁気センサ、振動試料型磁力計等に適用することが可能な精密位置決め装置用の非磁性の超音波モータ用駆動子が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波モータ用駆動子の模式的な平面図である。
【符号の説明】
１：駆動子
３：ランジュバン型振動子
３ａ：圧電素子
５：ボルト部材
７：ハウジング部材
９：保持部材
１１：結合部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a driver for an ultrasonic motor used as a driver of an electronic device such as a positioning device, and in particular, an electron beam drawing device, a magnetic sensor, a vibrating sample magnetometer, etc., which extremely dislikes generation of a magnetic field. The present invention relates to a driver for an ultrasonic motor that can be applied to a motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is an ultrasonic motor that rotates a rotor as a movable element by providing a plurality of drivers incorporating two ultrasonic transducers. The natural vibration modes of the driver include a horizontal vibration mode and a vertical vibration mode. By matching the resonance frequencies of the two vibration modes, the two vibration modes are degenerated. Therefore, when voltages of different phases are applied to the respective ultrasonic transducers at the resonance frequency that causes such degeneration, the tip of the driver that synthesizes the displacement of the two ultrasonic transducers performs an elliptical motion. The plurality of drivers are arranged so as to be able to abut on the outer peripheral portion of the rotor, and the driving force due to the elliptical motion of each driver is transmitted to the rotor to rotate the rotor.
(For example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-152671
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the high integration of semiconductor devices has been remarkable, and in particular, electron beam lithography systems, which hold the key to VLSI manufacturing devices, are rapidly advancing.
Here, the electron beam drawing apparatus irradiates an electron beam generated from an electron gun onto a semiconductor wafer by using an electron lens utilizing the action of a magnetic field, and draws an ultrafine circuit pattern having a resolution of, for example, 100 nm or less. Device. It has been studied to apply the above-described ultrasonic motor driver as a moving mechanism of the wafer stage of this apparatus.
However, since the constituent members of the conventional ultrasonic motor driver are made of steel such as stainless steel and have magnetism, they have a bad influence on the magnetic field of the above-mentioned electron lens, and there is a problem that the resolution cannot be increased. .
Further, there is a problem that it cannot be used as a driver for an ultrasonic motor applied to a magnetic sensor or a vibrating sample magnetometer which dislikes generation of a magnetic field.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a driver for an ultrasonic motor which can be applied to an electron beam writing apparatus, a magnetic sensor, a vibrating sample magnetometer, etc., which extremely dislikes generation of a magnetic field.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a driver for an ultrasonic motor according to the present invention has the following configuration.
[0006]
That is, a driver for an ultrasonic motor including two Langevin-type vibrators in which tips arranged so as to intersect at a predetermined angle are mutually coupled by a coupling member, wherein the coupling member and the two The holding member that connects the Langevin type vibrator, the housing member that forms the Langevin type vibrator, and the bolt member that bolts the piezoelectric element that forms the Langevin type vibrator have a relative magnetic permeability of 1.001 or less. It is characterized by being made of a non-magnetic material.
[0007]
In a preferred embodiment, the nonmagnetic material is made of at least one material selected from titanium, titanium alloy containing titanium as a main component, phosphor bronze, beryllium copper, aluminum, aluminum alloy, and ceramics.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The arrangement of the mover and the driver in the ultrasonic motor according to the embodiment of the present invention, the manner of transmitting the driving force, and the like are the same as the technology disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-152671.
Here, if the movable element for performing the movement is a linear movable element for performing a linear movement, and a driver is disposed on the outer surface thereof, for example, an ultrasonic wave for driving the above-described movement mechanism of the wafer stage may be used. Can be used as a motor.
[0009]
FIG. 1 shows a schematic plan view of a driver for an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
The driver 1 includes two Langevin type vibrators 3 which are arranged so as to intersect at a predetermined angle (in the present embodiment, 90 degrees) and whose tips are mutually coupled. Each vibrator 3 is provided with a piezoelectric element 3a which is applied with a voltage in the ultrasonic region and expands / contracts in accordance with the voltage, at the axis thereof. Each of the piezoelectric elements 3a constituting the Langevin type vibrator has an annular shape, and a bolt member 5 is inserted into a center hole of each of the piezoelectric elements 3a. The bolt member 5 is a rod-shaped member having male screw portions 5a and 5b at both ends. A nut-shaped housing member 7 constituting a Langevin type vibrator is screwed to the rear end 5a of each bolt member 5. Each nut-shaped housing member 7 constituting the Langevin-type vibrator has an outer surface formed in a columnar shape, and has a female screw portion screwed with the corresponding male screw portions 5a and 5b inside thereof. Further, a holding member 9 is attached between each nut-shaped housing member 7 and the corresponding piezoelectric element 3a. The holding member 9 has holes at both ends where the corresponding bolt members 5 are inserted, and supports the two ultrasonic transducers 3 so that the axes A1 and A2 are orthogonal to each other. .
[0010]
A coupling member 11 is attached to the front ends 5 b of the pair of bolt members 5. Here, the coupling member 11 transmits a driving force obtained by combining the displacements of the two ultrasonic transducers 3 to a linear movable element (not shown), and includes one combining unit 13 and the combining unit. It comprises two tapered portions 15 and two displacement receiving portions 17 arranged so as to be distributed in a V-shape from 13 to the left and right.
[0011]
Each displacement receiving portion 17 is a prismatic portion having a constant cross-sectional area S2 in the displacement direction of the corresponding piezoelectric element 3a, that is, in the direction of the corresponding axis A1, A2, and receives the displacement of the corresponding piezoelectric element 3a. Part. Further, each tapered portion 15 is a portion provided on the downstream side in the displacement output direction of the displacement receiving portion 17, and has a shape in which the axial cross-sectional area decreases toward the combining portion 13. Inside the pair of displacement receiving portions 17 and the tapered portion 15, a female screw portion to be screwed with the front end 5b of the bolt member 5 is formed. Further, on the downstream side of the pair of tapered portions 15 in the displacement output direction, there is a combining unit 13 which connects these tapered portions 15 and can come into contact with a linear mover (not shown).
[0012]
In the present invention, a driver for an ultrasonic motor including two Langevin-type vibrators in which tips arranged so as to intersect at a predetermined angle are mutually coupled by a coupling member, wherein the coupling member 11 and The holding member 9 that connects the two Langevin type vibrators, the housing member 7 that forms the Langevin type vibrator, and the bolt member 5 that bolts the piezoelectric element that forms the Langevin type vibrator are in a ratio. An ultrasonic motor driver characterized by being made of a nonmagnetic material having a magnetic permeability of 1.001 or less has been proposed.
[0013]
The reason for this is that when using a driver for an ultrasonic motor in which each of the above-mentioned members is made of a magnetic material such as steel having a relative magnetic permeability exceeding 1.001, the above-described electron beam increases the resolution due to the influence of the magnetic field. This is not preferable because it adversely affects the magnetic sensor and the vibrating sample magnetometer.
[0014]
Here, as an example of the non-magnetic material, it is preferable to use one or more materials selected from titanium, a titanium alloy containing titanium as a main component, phosphor bronze, beryllium copper, aluminum, an aluminum alloy, and ceramics.
[0015]
In a particularly preferred embodiment, the nonmagnetic material is preferably titanium. The reason is that titanium is excellent in corrosion resistance and becomes a non-magnetic material having a magnetic permeability of 1.0001 by controlling the mixture of impurities. This is because it is particularly preferable to apply to a meter or the like.
[0016]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to comparative examples and examples.
[0017]
(Comparative example)
The components of the ultrasonic motor driver described with reference to FIG. 1 are made of stainless steel (SUS303: relative magnetic permeability: 1.04) and are used as a moving mechanism of a wafer stage of an electron beam writing apparatus, and a resolution of 80 nm is required. An ultra-fine circuit test pattern was drawn. As a result, the yield of the obtained circuit pattern was as low as 35% or less.
[0018]
(Example)
An ultrasonic motor drive in which the coupling member, the holding member for connecting the vibrator, the housing member, and the bolt member for bolting the piezoelectric element described in FIG. 1 are made of titanium having a relative magnetic permeability of 1.0001. Using the device as a moving mechanism of a wafer stage of an electron beam drawing apparatus, a very fine circuit test pattern requiring a resolution of 80 nm was drawn. As a result, the yield of the obtained circuit pattern was as high as 95% or more.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a non-magnetic ultrasonic motor for a precision positioning device applicable to an electron beam writing apparatus, a magnetic sensor, a vibrating sample magnetometer, etc. which extremely dislikes the generation of a magnetic field. There is an effect that a driver can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a driver for an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: driver 3: Langevin type vibrator 3a: piezoelectric element 5: bolt member 7: housing member 9: holding member 11: coupling member
